Uređaji za zaštitu od prenapona koriste se za električne mreže, telefonske mreže i komunikacijske i automatske upravljačke sabirnice.

2.4 Uređaj za zaštitu od prenapona (SPD)

Uređaj za zaštitu od prenapona (SPD) sastavni je dio sustava zaštite električne instalacije.

Ovaj je uređaj paralelno povezan na krug napajanja tereta koji mora zaštititi (vidi sliku J17). Također se može koristiti na svim razinama mreže napajanja.

Ovo je najčešće korištena i najučinkovitija vrsta zaštite od prenapona.

Načelo

SPD je dizajniran za ograničavanje privremenih prenapona atmosferskog podrijetla i preusmjeravanje strujnih valova na zemlju tako da ograničava amplitudu ovog prenapona na vrijednost koja nije opasna za električnu instalaciju i električne rasklopne uređaje i upravljački uređaj.

SPD uklanja prenaponske napone:

• u uobičajenom načinu rada, između faze i neutralne ili zemlje;
• u diferencijalnom načinu rada, između faze i neutralnog. U slučaju prenapona koji premašuje radni prag, SPD
• vodi energiju na zemlju, u uobičajenom načinu rada;
• raspoređuje energiju na ostale vodiče pod naponom, u diferencijalnom načinu rada.

Tri vrste SPD:

• Upišite 1 SPD

SPD tipa 1 preporučuje se u određenim slučajevima u uslužnim sektorima i industrijskim zgradama, zaštićenim sustavom zaštite od munje ili mrežasti kavez. Štiti električne instalacije od izravnih udara groma. Može isprazniti povratnu struju munje koja se širi od zemaljskog vodiča do mrežnih vodiča.

SPD tipa 1 karakterizira strujni val od 10/350 μs.

• Upišite 2 SPD

SPD tipa 2 glavni je zaštitni sustav za sve niskonaponske električne instalacije. Ugrađen u svaku električnu razvodnu ploču, sprečava širenje prenapona u električnim instalacijama i štiti opterećenja.

SPD tipa 2 karakterizira strujni val od 8/20 μs.

• Upišite 3 SPD

Ovi SPD imaju mali kapacitet pražnjenja. Stoga ih se obavezno mora instalirati kao dodatak SPD tipa 2 i u blizini osjetljivih tereta. SPD tipa 3 karakterizira kombinacija naponskih valova (1.2 / 50 μs) i strujnih valova (8/20 μs).

Normativna definicija SPD-a

2.4.1 Karakteristike SPD-a

Međunarodna norma IEC 61643-11 Edition 1.0 (03/2011) definira karakteristike i ispitivanja SPD spojenih na niskonaponske distribucijske sustave (vidi sliku J19).

• Zajedničke karakteristike

- ILI_c: Maksimalni kontinuirani radni napon

Ovo je izmjenični ili istosmjerni napon iznad kojeg SPD postaje aktivan. Ova se vrijednost odabire prema nazivnom naponu i rasporedu uzemljenja sustava.

- ILI_p: Razina naponske zaštite (na I_n)

To je maksimalni napon na stezaljkama SPD-a kada je aktivan. Ovaj napon se postiže kada je struja koja teče u SPD jednaka I_n. Odabrana razina naponske zaštite mora biti ispod mogućnosti podnošenja opterećenja (vidi odjeljak 3.2). U slučaju udara groma, napon na stezaljkama SPD-a općenito ostaje manji od U_p.

- Ja_n: Nominalna struja pražnjenja

Ovo je vršna vrijednost struje od 8/20 μs valnog oblika koju SPD može isprazniti 15 puta.

• Upišite 1 SPD

- Ja_vragolan: Trenutno impuls

Ovo je vršna vrijednost struje od 10/350 μs valnog oblika koju SPD može isprazniti 5 puta.

- Ja_fi: Automatsko gašenje prati struju

Primjenjivo samo na tehnologiju iskrišta.

To je struja (50 Hz) koju SPD može sam prekinuti nakon prebacivanja. Ova struja mora uvijek biti veća od potencijalne struje kratkog spoja na mjestu ugradnje.

• Upišite 2 SPD

- Ja_max: Maksimalna struja pražnjenja

Ovo je vršna vrijednost struje od 8/20 μs valnog oblika koju SPD može jednom isprazniti.

• Upišite 3 SPD

- ILI_oc: Napon prekinutog kruga primijenjen tijekom ispitivanja klase III (tip 3).

2.4.2 Glavne primjene

• Niskonaponski SPD

Ovim su pojmom označeni vrlo različiti uređaji, s tehnološkog i uporabnog stajališta. Niskonaponski SPD-ovi su modularni i lako se ugrađuju u NN razvodne ploče. Postoje i SPD-ovi prilagodljivi na utičnice, ali ti uređaji imaju mali kapacitet pražnjenja.

• SPD za komunikacijske mreže

Ovi uređaji štite telefonske mreže, komutirane mreže i mreže automatskog upravljanja (sabirnica) od prenapona koji dolaze izvana (munje) i onih unutarnjih u mrežu napajanja (zagađujuća oprema, rad rasklopnih uređaja itd.).

Takvi SPD-ovi također su instalirani u RJ11, RJ45, ... konektorima ili integrirani u opterećenja.

3 Dizajn sustava zaštite električne instalacije

Da bi se zaštitila električna instalacija u zgradi, za odabir vrijede jednostavna pravila

• SPD (s);
• to je sustav zaštite.

3.1 Pravila dizajna

Za sustav distribucije električne energije glavne karakteristike koje se koriste za definiranje sustava zaštite od munje i odabir SPD-a za zaštitu električne instalacije u zgradi su:

• SPD

- količina SPD;

- vrsta;

- razina izloženosti za definiranje maksimalne struje pražnjenja SPD I_max.

• Uređaj za zaštitu od kratkog spoja

- maksimalna struja pražnjenja I_max;

- struja kratkog spoja I_sc na mjestu ugradnje.

Logički dijagram na slici J20 dolje ilustrira ovo pravilo dizajna.

Ostale karakteristike za odabir SPD-a unaprijed su definirane za električnu instalaciju.

• broj polova u SPD;
• razina naponske zaštite U_p;
• radni napon U_c.

Ovaj pododjeljak J3 detaljnije opisuje kriterije za odabir sustava zaštite prema karakteristikama postrojenja, opremi koja se štiti i okolišu.

3.2 Elementi zaštitnog sustava

SPD uvijek mora biti instaliran u izvoru električne instalacije.

3.2.1 Mjesto i vrsta SPD-a

Vrsta SPD-a koji se instalira na izvoru instalacije ovisi o tome je li prisutan sustav zaštite od munje ili ne. Ako je zgrada opremljena sustavom zaštite od munje (prema IEC 62305), treba instalirati SPD tipa 1.

Za SPD instaliran na dolaznom kraju instalacije, IEC 60364 instalacijski standardi utvrđuju minimalne vrijednosti za sljedeće 2 karakteristike:

• Nazivna struja pražnjenja I_n = 5 kA (8/20) μs;
• Razina naponske zaštite U_p (kod I_n) <2.5 kV.

Broj dodatnih SPD-ova koji će se instalirati određuje se prema:

• veličina web mjesta i poteškoće s ugradnjom ljepljivih vodiča. Na velikim web mjestima bitno je instalirati SPD na dolazni kraj svake poddistribucijske ograde.
• udaljenost koja razdvaja osjetljiva opterećenja koja treba zaštititi od uređaja za zaštitu na dolaznom kraju. Kada su tereti udaljeni više od 30 metara od dolaznog zaštitnog uređaja, potrebno je osigurati dodatnu finu zaštitu što je moguće bliže osjetljivim opterećenjima. Pojave refleksije valova povećavaju se s 10 metara (vidi poglavlje 6.5)
• rizik od izloženosti. U slučaju vrlo izloženog mjesta, dolazni SPD ne može osigurati i veliki protok struje groma i dovoljno nizak nivo zaštite napona. Konkretno, SPD tipa 1 općenito prati SPD tipa 2.

Tablica na slici J21 dolje prikazuje količinu i vrstu SPD-a koji se postavljaju na temelju dva gore definirana čimbenika.

3.4 Izbor SPD tipa 1

3.4.1 Impulsna struja I_vragolan

• Tamo gdje ne postoje nacionalni propisi ili posebni propisi za vrstu zgrade koja se štiti, impulsna struja I_vragolan mora biti najmanje 12.5 kA (val 10/350 μs) po grani u skladu s IEC 60364-5-534.

• Tamo gdje postoje propisi: standard 62305-2 definira 4 razine: I, II, III i IV, tablica na slici J31 prikazuje različite razine I_vragolan u regulatornom slučaju.

3.4.2 Automatsko gašenje prati struju I_fi

Ova je karakteristika primjenjiva samo za SPD s tehnologijom iskrišta. Automatsko gašenje slijedi struju I_fi mora uvijek biti veća od potencijalne struje kratkog spoja I_sc na mjestu ugradnje.

3.5 Izbor SPD tipa 2

3.5.1 Maksimalna struja pražnjenja I_max

Maksimalna struja pražnjenja Imax definirana je prema procijenjenoj razini izloženosti u odnosu na mjesto zgrade.

Vrijednost maksimalne struje pražnjenja (I_max) određuje se analizom rizika (vidi tablicu na slici J32).

3.6 Odabir vanjskog uređaja za zaštitu od kratkog spoja (SCPD)

Zaštitni uređaji (toplinski i kratki spoj) moraju biti usklađeni sa SPD-om kako bi se osigurao pouzdan rad, tj

• osigurati kontinuitet usluge:

- podnose valove struje munje;

- ne generirati prekomjerni zaostali napon.

• osigurati učinkovitu zaštitu od svih vrsta prekomjerne struje:

- preopterećenje uslijed toplotnog odljeva varistora;

- kratki spoj niskog intenziteta (impedant);

- kratki spoj velikog intenziteta.

3.6.1 Rizici koje treba izbjegavati na kraju vijeka trajanja SPD-a

• Zbog starenja

U slučaju prirodnog kraja života zbog starenja, zaštita je toplinska. SPD s varistorima mora imati unutarnji rastavljač koji onemogućava SPD.

Napomena: Kraj životnog vijeka zbog termalnog odbjegavanja ne odnosi se na SPD s cijevi za ispuštanje plina ili inkapsuliranom rasvjetom.

• Zbog kvara

Uzroci kraja životnog vijeka zbog kvara kratkog spoja su:

- Premašen maksimalni kapacitet pražnjenja.

Ova greška rezultira jakim kratkim spojem.

- Kvar zbog distribucijskog sustava (prebacivanje neutralno / fazno, neutralno

isključenje).

- Postupno propadanje varistora.

Posljednje dvije greške rezultiraju impedantnim kratkim spojem.

Instalacija mora biti zaštićena od oštećenja koja proizlaze iz ovih vrsta kvarova: gore definirani unutarnji (toplinski) rastavljač nema vremena za zagrijavanje, dakle rad.

Treba instalirati poseban uređaj pod nazivom „vanjski uređaj za zaštitu od kratkog spoja (vanjski SCPD)“, sposoban za uklanjanje kratkog spoja. Može se implementirati pomoću prekidača ili uređaja s osiguračima.

3.6.2 Karakteristike vanjskog SCPD (uređaj za zaštitu od kratkog spoja)

Vanjski SCPD treba uskladiti sa SPD-om. Dizajniran je da zadovolji sljedeća dva ograničenja:

Podnosi struju groma

Podržavanje struje groma bitna je karakteristika SPD-ovog vanjskog uređaja za zaštitu od kratkog spoja.

Vanjski SCPD ne smije se aktivirati s 15 uzastopnih impulsnih struja na I_n.

Podržava struju kratkog spoja

• Prekidna sposobnost određuje se pravilima instalacije (IEC 60364 standard):

Vanjski SCPD trebao bi imati prekidnu sposobnost jednaku ili veću od potencijalne struje kratkog spoja Isc na mjestu ugradnje (u skladu s IEC 60364 standardom).

• Zaštita instalacije od kratkog spoja

Pogotovo, impedantni kratki spoj rasipa puno energije i treba ga vrlo brzo eliminirati kako bi se spriječila oštećenja instalacije i SPD-a.

Proizvođač mora dati pravu povezanost između SPD-a i njegovog vanjskog SCPD-a.

3.6.3 Način instalacije za vanjski SCPD

• Uređaj "u nizu"

SCPD je opisan kao „u nizu“ (vidi sliku J33) kada zaštitu vrši opći zaštitni uređaj mreže koja se štiti (na primjer, prekidač veze prije instalacije).

• Uređaj "paralelno"

SCPD se opisuje kao "paralelno" (vidi sliku J34) kada se zaštita izvodi posebno zaštitnim uređajem povezanim sa SPD-om.

• Vanjski SCPD naziva se "odspojni prekidač" ako funkciju izvodi prekidač.
• Prekidač za isključivanje može biti integriran u SPD, ali ne mora.

Napomena: U slučaju SPD s cijevi za ispuštanje plina ili kapsuliranom svjećicom, SCPD omogućuje rezanje struje odmah nakon uporabe.

Napomena: Uređaji za preostalu struju tipa S u skladu sa standardima IEC 61008 ili IEC 61009-1 udovoljavaju ovom zahtjevu.

3.7.1 Koordinacija s uzvodnim zaštitnim uređajima

Koordinacija s zaštitnim uređajima od prekomjerne struje

U električnoj instalaciji, vanjski SCPD je uređaj identičan zaštitnom aparatu: to omogućuje primjenu diskriminacijskih i kaskadnih tehnika za tehničku i ekonomsku optimizaciju plana zaštite.

Koordinacija s uređajima zaostale struje

Ako je SPD instaliran nizvodno od uređaja za zaštitu od curenja zemlje, potonji bi trebao biti „si” ili selektivni tip s imunošću na impulsne struje od najmanje 3 kA (strujni val 8/20 μs).

4 Instalacija SPD-ova

Priključci SPD-a na opterećenja trebaju biti što kraći kako bi se smanjila vrijednost razine naponske zaštite (instalirana gore) na stezaljkama zaštićene opreme. Ukupna duljina SPD veza s mrežom i priključnim blokom uzemljenja ne smije biti veća od 50 cm.

4.1 Veza

Jedna od bitnih karakteristika zaštite opreme je maksimalna razina zaštite od napona (instalirani U_p) koju oprema može podnijeti na svojim terminalima. Sukladno tome, treba odabrati SPD s naponskom razinom zaštite U_p prilagođena zaštiti opreme (vidi sliku J38). Ukupna duljina priključnih vodiča je

L = L1 + L2 + L3.

Za visokofrekventne struje, impedancija po jedinici duljine ove veze iznosi približno 1 μH / m.

Dakle, primjenjujući Lenzov zakon na ovu vezu: ∆U = L di / dt

Normalizirani strujni val od 8/20 μs, s amplitudom struje od 8 kA, u skladu s tim stvara porast napona od 1000 V po metru kabela.

∆U = 1 x 10^-6 x 8 x 10³ / 8x10^-6 = 1000 V

Kao rezultat, napon na stezaljkama opreme, instaliranim gore, iznosi:

instaliran U_p =U_p + U1 + U2

Ako je L1 + L2 + L3 = 50 cm, a val je 8/20 μs s amplitudom 8 kA, napon na stezaljkama opreme bit će U_p + 500 V.

4.1.1 Priključak u plastičnom kućištu

Slika J39a u nastavku pokazuje kako spojiti SPD u plastično kućište.

4.1.2 Priključak u metalnom kućištu

U slučaju sklopnog uređaja u metalnom kućištu, bilo bi pametno spojiti SPD izravno s metalnim kućištem, pri čemu se kućište koristi kao zaštitni vodič (vidi sliku J39b).

Ovaj je raspored u skladu sa standardom IEC 61439-2 i proizvođač SKLOPA mora osigurati da karakteristike kućišta omoguće ovu upotrebu.

4.1.3 Presjek vodiča

Preporučeni minimalni presjek vodiča uzima u obzir:

• Uobičajena usluga koju treba pružiti: Protok vala struje groma pod maksimalnim padom napona (pravilo 50 cm).

Napomena: Za razliku od aplikacija na 50 Hz, budući da je munja visokofrekventna, porast presjeka vodiča ne smanjuje uvelike njegovu visokofrekventnu impedansu.

• Izdržljivost vodiča na struje kratkog spoja: Provodnik se mora oduprijeti struji kratkog spoja tijekom maksimalnog vremena isključenja sustava zaštite.

IEC 60364 na dolaznom kraju instalacije preporučuje minimalni presjek:

- 4 mm² (Cu) za spajanje tipa 2 SPD;

- 16 mm² (Cu) za spajanje tipa 1 SPD (prisutnost sustava zaštite od munje).

4.2 Pravila kabliranja

• Pravilo 1: Prvo pravilo koje treba poštivati ​​jest da duljina SPD veza između mreže (putem vanjskog SCPD-a) i priključnog bloka uzemljenja ne smije biti veća od 50 cm.

Slika J40 prikazuje dvije mogućnosti spajanja SPD-a.

• Pravilo 2: Provodnici zaštićenih odlaznih hranilica:

- treba biti spojen na stezaljke vanjskog SCPD-a ili SPD-a;

- treba ih fizički odvojiti od zagađenih ulaznih vodiča.

Smješteni su s desne strane terminala SPD i SCPD (vidi sliku J41).

• Pravilo 3: Dolazni napojni fazni, neutralni i zaštitni (PE) vodiči trebaju provoditi jedan pored drugog kako bi se smanjila površina petlje (vidi sliku J42).
• Pravilo 4: Ulazni vodiči SPD-a trebaju biti udaljeni od zaštićenih odlaznih vodiča kako bi se izbjeglo njihovo onečišćenje spajanjem (vidi sliku J42).
• Pravilo 5: Kablove treba pričvrstiti na metalne dijelove kućišta (ako ih ima) kako bi se površina okvira okvira svela na najmanju moguću mjeru i time iskoristili zaštitni učinak protiv EM smetnji.

U svim se slučajevima mora provjeriti jesu li okviri razvodnih ploča i kućišta uzemljeni vrlo kratkim spojevima.

Konačno, ako se koriste zaštićeni kabeli, treba izbjegavati velike duljine, jer smanjuju učinkovitost zaštite (vidi sliku J42).

5 Application

5.1 Primjeri instalacije

Rješenja i shematski dijagram

• Vodič za odabir odvodnika prenaponske struje omogućio je utvrđivanje precizne vrijednosti odvodnika prenapona na dolaznom kraju instalacije i vrijednosti pripadajućeg odspojnog prekidača.
• Kako su osjetljivi uređaji (U_p <1.5 kV) nalaze se više od 30 m od dolaznog zaštitnog uređaja, odvodnici prenaponske zaštite s finom zaštitom moraju biti instalirani što bliže opterećenjima.
• Da bi se osigurao bolji kontinuitet usluge za prostore hladnjaka:

- prekidači rezidualne struje tipa "si" koristit će se kako bi se izbjeglo ometanje koje izaziva porast potencijala zemlje pri prolasku vala groma.

• Za zaštitu od atmosferskih prenapona:

- ugradite odvodnik prenapona u glavnu razvodnu ploču

- ugradite odvodnik prenaponske zaštite s finom zaštitom u svaku razvodnu ploču (1 i 2) koja opskrbljuje osjetljive uređaje smještene više od 30 m od dolaznog odvodnika prenapona

- instalirajte odvodnik prenapona na telekomunikacijsku mrežu kako biste zaštitili isporučene uređaje, na primjer vatrogasne alarme, modeme, telefone, faksove.

Preporuke za kabliranje

- Osigurajte izjednačenost završnica uzemljenja zgrade.

- Smanjite petlje napetim kabelima napajanja.

Preporuke za instalaciju

• Ugradite odvodnik prenaponske struje, Imax = 40 kA (8/20 μs) i iC60 prekidač prekida za napajanje nazivnog napona 20 A.
• Ugradite odvodnike prenaponske zaštite s finom zaštitom, Imax = 8 kA (8/20 μs) i pripadajuće prekidače iC60 za odvajanje, ocijenjene na 20.